3d принтер стереолитография – первенец 3д печати

  • автор:

Вопрос 3d принтер стереолитография часто звучит рядом с удивительными запросами: стереолитография как называется технология, стереолитография как сейчас называется.

Да так и называется. Просто появляются некоторые разновидности.

Ответам на эти вопросы мы и посвятим статью.

Запрос 3d принтер стереолитография (SLA) стал очень популярным. Благодаря своей способности производить высокоточные, изотропные и водонепроницаемые прототипы и детали из ряда современных материалов с прекрасными характеристиками и гладкой поверхностью.

3d принтер стереолитография - введение

Содержание скрыть

3d принтер стереолитография — введение

Достижения в 3D-печати продолжают менять подходы предприятий к созданию прототипов и производству. Дизайнеры, инженеры и другие компании интегрируют 3D-печать в рабочие процессы на всех этапах разработки. По мере того, как технология становится все более доступной, а оборудование и материалы совершенствуются. Чтобы соответствовать рыночным возможностям и требованиям,

В разных отраслях 3D-печать помогает профессионалам сократить расходы на аутсорсинг. А также ускорить процесс, оптимизировать производственные процессы. И даже открыть совершенно новые бизнес-модели.

В частности, 3d принтер стереолитография претерпел значительные изменения. Традиционно машины SLA были дорогостоящими. В результате это требовало квалифицированных специалистов и дорогостоящих контрактов на обслуживание. Сегодня настольные принтеры малого формата производят продукцию промышленного качества. Но по значительно более доступным ценам и с непревзойденной универсальностью.

Что представляет собой 3d принтер стереолитография?

3d принтер стереолитография — тип процесса аддитивного производства фотополимеризация в ванне. Все эти машины построены по одному и тому же принципу. Они используют источник света — лазера или проектора — для отверждения жидкой смолы в затвердевший пластик.

Основное физическое отличие заключается в расположении основных компонентов. Таких как источник света, строительная платформа и резервуар со смолой.

Как работает 3d принтер стереолитография (SLA)

3d принтер стереолитография использует светореактивные термореактивные материалы. Их называют «смолой». Когда смолы SLA подвергаются воздействию определенных длин волн света, короткие молекулярные цепи объединяются. При этом полимеризуя мономеры и олигомеры в твердую или гибкую геометрию.

Детали SLA имеют высочайшее разрешение и точность, самые четкие детали и самую гладкую поверхность всех технологий 3D-печати. Но главное преимущество 3d принтер стереолитография имеет в универсальности.

Производители материалов создали инновационные составы смол SLA с широким спектром оптических, механических и термических свойств. Которые соответствуют свойствам стандартных, технических и промышленных термопластов.

1. Дизайн

Используйте любое программное обеспечение САПР или данные 3D-сканирования для разработки своей модели и экспортируйте ее в формат файла 3D-печати (STL или OBJ).

Каждый 3d принтер стереолитография включает в себя программное обеспечение для задания параметров печати и разбиения цифровой модели на слои для печати. После завершения настройки программное обеспечение для подготовки к печати отправляет инструкции на принтер через беспроводное или кабельное соединение.

2. Печать

После быстрого подтверждения правильности настройки начинается процесс печати. 3d принтер стереолитография может работать без присмотра до завершения печати. В принтерах с системой картриджей материал заправляется автоматически.

3. Пост-процесс

После завершения печати детали требуют промывки изопропиловым спиртом (IPA). Чтобы удалить любую неотвержденную смолу с их поверхности. После того, как промытые детали высохли, некоторые материалы требуют последующего отверждения. Это процесс, который помогает деталям достичь максимально возможной прочности и стабильности.

Наконец, удалите опоры из частей и отшлифуйте оставшиеся опорные метки для чистой отделки. Детали SLA могут быть легко обработаны, загрунтованы, окрашены и собраны для отделки.

Постотверждение особенно важно для функциональных смол для машиностроения. И обязательно для некоторых стоматологических и ювелирных материалов и применений.

Краткая история стереолитографии

Краткая история стереолитографии

Процесс SLA впервые появился в начале 1970-х годов. Когда японский исследователь д-р Хидэо Кодама изобрел современный многоуровневый подход к 3d принтер стереолитографии. Он использовал ультрафиолетовый свет для отверждения светочувствительных полимеров.

Термин стереолитография был придуман Чарльзом (Чаком) В. Халлом. Который запатентовал технологию в 1986 году. А также основал компанию 3D Systems для ее коммерциализации.

Халл описал метод как создание трехмерных объектов путем последовательной «печати» тонких слоев материала, отверждаемого ультрафиолетовым светом.

Однако 3D-печать SLA была не первой технологией 3D-печати, получившей широкую популярность.

Внедрение настольной 3D-печати малого формата расширило доступ к аддитивному производству. Когда в конце 2000-х годов истек срок действия патентов. А моделирование методом послойного наплавления (FDM) впервые получило распространение на настольных платформах.

Машины FDM не удовлетворяли спектру профессиональных потребностей. Хотя эта доступная экструзионная технология вызвала первую волну широкого распространения и понимания 3D-печати.

Повторяющиеся, высокоточные результаты имеют решающее значение для профессионального применения. Как и биосовместимые материалы в стоматологии, промышленности. Также они способны создавать прекрасные изделия для таких отраслей, как ювелирные изделия.

Десктопные SLA разрушают рынок

SLA вскоре последовала за FDM на настольные ПК. После того, как Formlabs адаптировала эту технологию в 2011 году.

Малый формат SLA принес обещание 3D-печати с высоким разрешением. Ранее ограничивавшейся большими промышленными системами. Причем в гораздо меньшей и более доступной по объему установке с широким спектром печатных материалов.

Эти возможности расширили доступ к 3D-печати для различных нестандартных и высокоточных приложений в различных дисциплинах. Включая машиностроение, дизайн и производство. А также в стоматологии, ювелирной и других отраслях.

В 2015 году Formlabs выпустила свой 3d принтер стереолитография следующего поколения Form 2. Этот 3d принтер стереолитография стал ведущим в отрасли настольным 3d принтером. С деталями, которые можно печатать буквально в полевых условиях. От недорогого индивидуального протезирования до настраиваемой линейки бритвенных ручек.

Form 2 популяризирует «распределенную» модель производства. Где компании могут постепенно наращивать объем выпускаемой продукции. Добавляя больше принтеров малого формата по мере увеличения спроса. Сочетая с гибкостью печати на разных материалах на каждом принтере.

Зрелость материалов с течением времени только увеличила использование этой модели. Так как более продвинутые смолы открыли применение за пределами прототипирования. И для производства и конечного использования деталей в различных отраслях промышленности.

В 2019 году Formlabs совершили еще одно изменение в отрасли, выпустив два новых аппаратных продукта Form 3 и Form 3L. Которые устанавливают новый стандарт для SLA с системами, основанными на совершенно новом процессе печати.

3d принтер стереолитография с низкой силой печати

Следующая глава SLA: 3d принтер стереолитография с низкой силой печати

Технология Low Force Stereolithography (LFS) — это следующий этап 3d принтер стереолитография. Он отвечает требованиям современного рынка в отношении масштабируемой, надежной 3D-печати промышленного качества.

Эта усовершенствованная форма SLA значительно снижает усилия, прилагаемые к деталям во время процесса печати. Благодаря использованию гибкого резервуара и линейного освещения для обеспечения невероятного качества поверхности и точности печати.

Снижение усилия печати обеспечивает легкое касание несущих конструкций. Которые легко отрываются. И этот процесс открывает широкий спектр возможностей для будущей разработки современных, готовых к производству материалов.

Перевернутый SLA создает силы отслаивания, которые влияют на отпечаток при его отделении от поверхности резервуара. Поэтому объем сборки ограничен и требуются прочные опорные конструкции.

3d принтер стереолитография Formlabs Form 2 тщательно откалиброван для учета сил процесса отслаивания и производства высококачественных деталей.

3d принтер стереолитография значительно снижает усилия, прилагаемые к деталям во время процесса печати. Благодаря использованию гибкого резервуара и линейного освещения для обеспечения невероятного качества поверхности и точности печати.

Почему выбирают 3d принтер стереолитография?

Инженеры, дизайнеры, производители и многие другие выбирают 3d принтер стереолитография за его прекрасные характеристики, гладкую поверхность, высочайшую точность деталей. А также такие механические характеристики, как изотропность, водонепроницаемость и универсальность материала.

Изотропия

Прочность готовых отпечатков может варьироваться в зависимости от ориентации детали относительно процесса печати с разными свойствами по осям X, Y и Z. Поскольку 3d принтер стереолитография создает детали по одному слою за раз.

Процессы печати, такие как моделирование с наплавкой (FDM), известны как анизотропные. Из-за различий между слоями, созданных процессом печати. Эта анизотропия ограничивает полезность FDM для определенных приложений. Или требует дополнительных настроек на стороне геометрии детали, чтобы компенсировать это.

Напротив, 3d принтер стереолитография создает высокоизотропные части. Достижение изотропии деталей основано на ряде факторов. Которыми можно жестко управлять, интегрируя химию материала с процессом печати.

Во время печати компоненты смолы образуют ковалентные связи. Но слой за слоем деталь остается в полуреагировавшем «зеленом состоянии».

Находясь в зеленом состоянии, смола сохраняет полимеризуемые группы. Которые могут образовывать связи между слоями. Придавая частице изотропность и водонепроницаемость после окончательного отверждения.

На молекулярном уровне нет никакой разницы между плоскостями X, Y или Z. Это приводит к деталям с предсказуемыми механическими характеристиками. Необходимыми для таких применений, как оснастка и крепеж, детали для конечного использования и функциональное прототипирование.

Так как они изотропны, детали с печатным рисунком SLA, могут противостоять различным силам направленности. Которые они испытывают во время производственных операций с высокой нагрузкой.

Водонепроницаемость

Печатные детали SLA являются непрерывными. Независимо от того, производят ли они геометрию с твердыми элементами или внутренние каналы.

Эта водонепроницаемость важна для инженерных и производственных применений. Где поток воздуха или жидкости должен контролироваться и прогнозироваться.

Инженеры и дизайнеры используют водонепроницаемость SLA для решения задач, связанных с потоком воздуха и жидкости. Для автомобильной промышленности, биомедицинских исследований и для проверки конструкций деталей для потребительских товаров, таких как кухонные приборы.

Тщательность и точность

Необходимо строго контролировать множество факторов. Чтобы процесс печати производил точные и точные детали.

Печать SLA 3D находится где-то между стандартной обработкой и точной обработкой. 3d принтер стереолитография имеет высочайший допуск среди доступных на рынке технологий 3D-печати.

Комбинация нагретого резервуара для смолы и закрытой среды сборки обеспечивает практически одинаковые условия для каждого отпечатка. Более высокая точность также зависит от более низкой температуры печати. По сравнению с технологиями на основе термопластика, которые расплавляют сырье.

Процесс печати происходит при температуре, близкой к комнатной. Поскольку в стереолитографии используется свет, а не тепло. И на отпечатанных деталях не возникают термические расширения и артефакты сжатия.

Стереолитография с низкой силой (LFS) 3D-печати размещает оптику внутри блока обработки света (LPU), который перемещается в направлении X.

Один гальванометр позиционирует лазерный луч в направлении Y. Затем направляет его вдоль зеркала сгиба и параболического зеркала для подачи луча, который всегда перпендикулярен плоскости сборки. Поэтому он всегда движется по прямой линии, чтобы обеспечить еще большую точность.

LPU также использует пространственный фильтр для создания четкого, чистого лазерного пятна для большей точности.

Характеристики отдельных материалов также важны для обеспечения надежного и воспроизводимого процесса печати.

Жесткая смола Formlabs обладает высоким зеленым модулем. Это означает, что можно печатать очень тонкие детали с высокой точностью и с меньшей вероятностью отказа.

Прекрасные характеристики и гладкая поверхность

3d принтер стереолитография считается золотым стандартом для гладкой поверхности. Сравнимым с традиционными методами производства. Такими как механическая обработка, литье под давлением и экструзия.

Такое качество поверхности идеально подходит для применений, требующих безупречной отделки. А также помогает сократить время последующей обработки. Поскольку детали можно легко отшлифовать, отполировать и покрасить.

Например, ведущие компании, такие как Gillette, используют 3d принтер стереолитография для создания конечных потребительских товаров. Таких как рукоятки бритвенных 3D-принтеров на своей платформе Razor Maker.

Высота слоя по оси Z обычно используется для определения разрешения 3D-принтера. На 3D-принтерах Formlabs SLA его можно регулировать в диапазоне от 25 до 300 микрон. С компромиссом между скоростью и качеством.

Для сравнения, принтеры FDM и SLS обычно печатают слои по оси Z в диапазоне от 100 до 300 микрон. Однако деталь, напечатанная на 100 микрон на принтере FDM или SLS, выглядит иначе, чем деталь, напечатанная на 100 микрон на принтере SLA.

Отпечатки SLA имеют более гладкую поверхность прямо из принтера. Потому что внешние стены по периметру прямые. А вновь напечатанный слой взаимодействует с предыдущим слоем, сглаживая эффект лестницы.

Отпечатки FDM имеют тенденцию иметь четко видимые слои. Тогда как SLS имеет зернистую поверхность из спеченного порошка.

Наименьшая возможная детализация также гораздо более тонкая на SLA. Учитывая размер лазерного пятна 85 микрон в Form 3, по сравнению с 350 микрон на промышленных принтерах SLS и соплами 250–800 микрон на машинах FDM.

Универсальность материала

Смолы SLA обладают преимуществом широкого спектра конфигураций составов. Материалы могут быть мягкими или твердыми. Сильно заполненными вторичными материалами, такими как стекло и керамика. Или наполненными механическими свойствами. Такими как высокая температура отклонения тепла или ударопрочность.

Диапазон материалов от отраслевых, таких как зубные протезы, до материалов, которые точно соответствуют конечным материалам для прототипирования. Они разработаны для того, чтобы выдерживать обширные испытания и работать в условиях стресса.

Используя керамическую смолу, вы можете печатать детали 3D с каменной отделкой и обжигать их, чтобы создать полностью керамическую деталь.

В некоторых случаях именно эта комбинация универсальности и функциональности приводит к тому, что компании изначально внедряют SLA.

SLA 3D-приложения для печати

3d принтер стереолитография — применение

SLA 3D-печать ускоряет инновации и поддерживает предприятия в широком спектре отраслей. Включая машиностроение, производство, стоматологию, здравоохранение, образование, развлечения, ювелирные изделия, аудиологию и многое другое.

Инжиниринг и дизайн продукта

Быстрое создание прототипов с помощью 3D-печати позволяет инженерам и дизайнерам превращать идеи в реалистичные доказательства концепции. Превращать эти концепции в высококачественные прототипы. Которые выглядят и работают как конечные продукты. И направлять продукты через серию этапов проверки в направлении массового производства.

Промышленность

Производители автоматизируют производственные процессы и оптимизируют рабочие процессы. Создавая прототипы инструментов и непосредственно 3D-печать пользовательских инструментов, пресс-форм и вспомогательных средств для производства. При гораздо меньших затратах и ​​сроках, чем при традиционном производстве.

Это снижает производственные затраты и дефекты, повышает качество, ускоряет сборку. И максимально повышает производительность труда.

Стоматология

Цифровая стоматология снижает риски и неопределенности, связанные с человеческими факторами. Обеспечивая более высокую согласованность и точность на каждом этапе рабочего процесса для улучшения обслуживания пациентов.

3д принтеры стереолитография могут производить целый ряд высококачественных нестандартных изделий и приборов. При низких удельных затратах с превосходной подгонкой и воспроизводимыми результатами.

Образование

3D-принтеры являются многофункциональными инструментами для захватывающего обучения и передовых исследований. Они могут стимулировать творческий подход. И знакомить студентов с технологиями профессионального уровня. Поддерживая программы STEAM в области науки, техники, искусства и дизайна.

Здравоохранение

Доступная настольная 3D-печать профессионального уровня помогает врачам предоставлять процедуры и устройства, специально предназначенные для лучшего обслуживания каждого отдельного человека. Открывая двери для применения в медицинских целях. Одновременно экономя организации значительные затраты времени и средств от лаборатории до операционной.

Развлечения

Физические модели высокого разрешения широко используются в скульптуре, моделировании персонажей и изготовлении реквизита. 3D-печатные части снимались в кинофильмах, видеоиграх, костюмах на заказ. И даже в спецэффектах для фильмов-блокбастеров.

Ювелирные изделия

Специалисты по ювелирным изделиям используют CAD и 3D-печать для быстрого создания прототипов, подгонки  изделий для клиентов и производства больших партий готовых изделий.

Цифровые инструменты позволяют создавать последовательные, четко детализированные детали без утомительности и разнообразия резьбы по воску.

Аудиология

Специалисты по слуховым аппаратам и лаборатории по изготовлению ушных вкладышей используют цифровые рабочие процессы и 3D-печать для более последовательного производства высококачественных изделий для ушных раковин. И при больших объемах для таких применений, как заушные слуховые аппараты, средства защиты слуха. А также специальные затычки для ушей и наушники.

Внедрение SLA 3D-печати внутри компании

Многие компании начинают использовать 3D-печать через аутсорсинг в сервисных бюро или лабораториях. Аутсорсинговое производство может быть отличным решением, когда командам требуется 3D-печать только изредка. Или для одноразовых, которые требуют уникальных свойств материала или приложений.

Сервисные бюро также могут предоставлять консультации по различным материалам и предлагать дополнительные услуги. Такие как дизайн или продвинутая отделка.

Основными недостатками аутсорсинга являются стоимость и время выполнения заказа. Часто аутсорсинг является воротами для обеспечения собственного производства по мере роста потребностей.

Одним из величайших преимуществ 3D-печати является ее скорость по сравнению с традиционными методами производства. Которая быстро уменьшается, когда на поставку на аутсорсинг уходит несколько дней или даже недель. С ростом спроса и производства аутсорсинг также быстро становится дорогим.

Сегодня все больше и больше компаний предпочитают внедрять 3D-печать непосредственно на месте. В связи с ростом доступности 3D-печати промышленного качества. Вертикально интегрируя их в существующие магазины или лаборатории или в рабочие пространства инженеров, дизайнеров и других. Кто мог извлекать выгоду из перевода цифровых конструкций в физические части. Или тех, кто участвует в мелкосерийном производстве.

Настольные SLA 3D-принтеры небольшого формата отлично подходят для быстрой обработки деталей. Инвестиции в 3D-принтер малого формата могут окупиться даже в течение нескольких месяцев. В зависимости от количества деталей и объема печати.

Кроме того, с небольшими форматными машинами можно платить столько же, сколько нужно бизнесу. И масштабировать производство, добавляя дополнительные единицы по мере роста спроса.

Использование нескольких 3D-принтеров также создает гибкость для одновременной печати деталей из разных материалов. Сервисные бюро могут по-прежнему дополнять этот гибкий рабочий процесс для крупных деталей или нетрадиционных материалов.

3d принтер стереолитография — преимущества

Быстрое время выполнения и быстрые изменения дизайна

Быстрое время выполнения заказа является огромным преимуществом для обладателя настольного 3D-принтера.

На настольном 3D-принтере, таком как Form 3, детали находятся в наличии в течение нескольких часов. Что позволяет дизайнерам и инженерам печатать несколько деталей за один день. Помогая быстрее выполнять итерации и значительно сократить время разработки продукта. А также быстро тестировать механизмы и сборки, избегая дорогостоящих замен инструментов,

3d принтер стереолитография — экономия затрат

Владение настольным 3D-принтером приводит к значительной экономии по сравнению с сервисными бюро 3D-печати и традиционной механической обработкой. Поскольку эти альтернативы быстро становятся дорогими с ростом спроса и производства.

Например, чтобы уложиться в сжатые сроки, инженер-технолог и команда Pankl Racing Systems представили 3d принтер стереолитография SLA для изготовления нестандартных стендов и других деталей малого объема непосредственно для своей производственной линии.

Внутреннее соглашение об уровне обслуживания оказалось идеальной заменой обработке различных инструментов. Хотя  было изначально встречено со скептицизмом. В одном случае это сократило время выполнения работ на джигах на 90 процентов. С двух до трех недель до менее суток. И сократило расходы на 80-90 процентов.

Масштабирование по мере роста

На машинах малого формата можно платить столько же, сколько необходимо бизнесу. И масштабировать производство, добавляя дополнительные устройства по мере роста спроса.

Использование нескольких 3D-принтеров также создает гибкость для одновременной печати деталей из разных материалов.

По материалам компании Formlabs

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook

Обсуждение закрыто.